Este trabalho apresenta um modelo de metadados para descrever e recuperar imagens médicas na Web. As classes pertencentes ao modelo viabilizam a descrição de imagens de várias especialidades médicas, incluindo suas propriedades, seus componentes e as relações existentes entre elas. Uma das propriedades que o modelo incorpora é a classificação internacional de doenças, versão 10 (CID-10). O modelo de metadados proposto, inspirado em classes, favorece a especialização e sua implementação na arquitetura de metadados RDF. O modelo serviu de base para a implementação de um protótipo denominado de Sistema MedISeek (Medical Image Seek) que permite a usuários autorizados: descrever, armazenar e recuperar imagens na Web. Além disto, é sugerida uma estrutura persistente apropriada de banco de dados para armazenamento e recuperação dos metadados propostos.

As modernas aplicações em diversas áreas como multimídia e telecomunicações exigem arquiteturas que ofereçam altas taxas de processamento. Entretanto, os padrões e algoritmos mudam com incrível rapidez o que gera a necessidade de que esses sistemas digitais tenham também por característica uma grande flexibilidade. Dentro desse contexto, tem-se as arquiteturas reconfiguráveis em geral e, mais recentemente, os sistemas reconfiguráveis em um único chip como soluções adequadas que podem oferecer desempenho, sendo, ao mesmo tempo, adaptáveis a novos problemas e a classes mais amplas de algoritmos dentro de um dado escopo de aplicação. Este trabalho apresenta o estado-da-arte em relação a arquiteturas reconfiguráveis nos meios acadêmcio e industrial e descreve todas as etapas de desenvolvimento do processador de imagens reconfigurável DRIP (Dynamically Reconfigurable Image Processor), desde suas origens como um processador estático até sua última versão reconfigurável em tempo de execução. O DRIP possui um pipeline composto por 81 processadores elementares. Esses processadores constituem a chave do processo de reconfiguração e possuem a capacidade de computar um grande número de algoritmos de processamento de imagens, mais específicamente dentro do domínio da filtragem digital de imagens. Durante o projeto, foram desenvolvidos uma série de modelos em linguagem de descrição de hardware da arquitetura e também ferramentas de software para auxiliar nos processos de implementação de novos algorimos, geração automática de modelos VHDL e validação das implementações. O desenvolvimento de mecanismos com o objetivo de incluir a possibilidade de reconfiguração dinâmica, naturalmente, introduz overheads na arquitetura. Contudo, o processo de reconfiguração do DRIP-RTR é da ordem de milhões de vezes mais rápido do que na versão estaticamente reconfigurável implementada em FPGAs Altera. Finalizando este trabalho, é apresentado o projeto lógico e elétrico do processador elementar do DRIP, visando uma futura implementação do sistema diretamente como um circuito VLSI.

O sistema vórtice ferradura é o elemento chave do processo erosivo ao redor de obstáculos sobre leitos móveis. Por estar presente em muitas situações práticas da engenharia e apresentar características tridimensionais e complexas, ainda é pouco compreendido e explorado. Esta pesquisa elucida a respeito do vórtice ferradura para o caso de leito fixo e obstáculo cilíndrico de seção circular, através de investigação experimental em túnel de vento, realizada em duas etapas: uma relativa a aquisição dos dados no laboratório e a outra no seu pós-processamento. A primeira etapa compreende a aquisição das imagens do escoamento pela técnica de velocimetria por luz pulsada, com modo de operação PIV (Particle Image Velocimetry), através de ensaios realizados no Laboratoire d’Etudes Aérodinamiques (da Universidade de Poitiers, França). As imagens foram pré-processadas e consequentemente foram obtidos os campos de vetores velocidade instantâneos. A segunda etapa, enfoque deste trabalho, compreende o pós-processamento dos campos de velocidade bidimensionais e consequentemente os campos de vorticidade, velocidade, energia cinética, intensidade de turbulência, desvio padrão da velocidade e vorticidade com ReD variando de 4300 a 15600 (Red ∗ = 450 a 860). Para ReD = 4300 e 5500 observou-se que o (sistema) vórtice ferradura foi identificado com maior freqüência nos campos instantâneos de vorticidade e velocidade. Conforme o número de Reynolds aumenta, o vórtice é cada vez menos identificado e para ReD = 15600, ele não foi detectado nos campos instantâneos. / The system horseshoe vortex is a key element of the scour process around obstacles on erodible beds. Although it is presented in many engineering practical situations and it has three-dimensional and complex characteristics, it is still little understood and explored. This research explains the horseshoe vortex in the case of the fixed plane plate and cylindrical obstacle of circular section, through experimental research in wind tunnel, performed in two stages: one related to the data aquisition in the laboratory and another to its post-processing. The firt stage comprises the image acquisition, by the pulse light velocimetry technique with the PIV operation (Particle Image Velocimetry), through experiments carried out at Laboratoire d’Etudes Aérodinamiques (University of Poitiers, in France). The images have been pre-processed and the fields of instantaneous velocity vectors obtained. The second stage, which is the aim of this work, comprises the post-processing in the fields of two-dimensional velocity and consequently the fields of vorticity, velocity, kinetic energy, intensity of turbulence, root mean square of the velocity and vorticity with ReD varying from 4300 to 15600 (Red ∗ = 450 to 860). For ReD = 4300 and 5500, it was observed that the (system) horseshoe vortex has been identified more often in the instantaneos fields of vorticity and velocity. As the Reynolds number increase, the vortex is less and less identified; and for ReD = 15600, it has not been detected in the instantaneous fields.

Objetivo: Testar a reprodutibilidade de medições antropométricas nasais obtidas com um sistema de imagem de estereofotogrametria tridimensional. Métodos: Pontos antropométricos tridimensionais do nariz foram obtidos da face de 40 voluntários saudáveis com o uso de um sistema de estereofotogrametria 3D (Vectra®, Canfield Scientific, Fairfield, NJ) num intervalo mínimo de 30 dias. Trinta e três medidas lineares, uma tangencial, três angulares e uma volumétrica foram obtidas a partir destes pontos. Os erros sistemáticos e aleatórios entre as duas medidas realizadas pelo mesmo observador (tempo 1 e tempo 2) foram calculados. Resultados: Três medidas lineares e uma angular apresentaram erro sistemático (p > 0,05, teste t pareado). As medidas foram repetitíveis, com uma precisão moderada naquelas menores de 11 mm. Conclusão: A antropometria nasal realizada com a estereofotogrametria se mostrou reprodutível. Entretanto isso só é possível com uma acurada localização dos pontos antropométricos. Pequenas medidas, menores que 11 mm, devem ser usadas com cuidado porque seus pequenos erros, podem contribuir sub ou superestimando os resultados de estudos.

Este trabalho discorre no escopo de informática médica, no âmbito da Unidade de Cardiologia Fetal do Instituto de Cardiologia - Fundação Universitária de Cardiologia do RS. Sabe-se que a medicina gera um grande volume de dados, sejam eles, textuais, numéricos, gráficos ou mesmo imagens ou sons geradas por equipamentos de ultra-som, tomógrafos computadorizados, ressonância magnética, RX, entre outros. Este trabalho desenvolve a integração das imagens ecocardiográficas fetais ao banco de dados. Atualmente, a tendência observada no desenvolvimento de sistemas de informações é a utilização de banco de dados que sejam capazes de manipular informações completas sobre seus pacientes, tais como: consultas, medicamentos, internações, bem como os laudos de exames com suas respectivas imagens quando estes possuírem. É com base nestas tendências que foram definidos os tópicos relevantes a serem estudados e implementados neste trabalho, integrando os estudos ecocardiográficos fetais com as informações do banco de dados da unidade de cardiologia fetal (UCF). Neste trabalho está apresentado o modelo do banco de dados da UCF. Para esta modelagem foram realizados estudos para aquisição de conhecimento da área e também para compreender as necessidades da unidade Da mesma forma, as imagens ecocardiográficas fetais foram estudadas para que fosse possível serem modeladas junto ao banco de dados. Para esta modelagem foi necessário fazer uma breve revisão dos conceitos utilizados pelo paradigma de orientação a objetos, uma vez que o modelo foi desenvolvido utilizando esta metodologia. As imagens ecocardiográficas fetais receberam grande atenção, uma vez que para elas foram criadas classes distintas. Também para aumentar a funcionalidade foram estudados conceitos de imagem digital, para posterior aplicação sobre as imagens do domínio. Foram realizados estudos sob manipulação de imagens, como modificação do brilho, medidas, filtros e formas de armazenamento. Considerando os formatos de gravação, dois padrões foram contemplados neste trabalho: o utilizado pela placa disponível no instituto denominado DT-IRIS e o DICOM que é um padrão internacional de armazenamento e comunicação de imagens médicas. Por fim, a implementação do protótipo procura demonstrar a viabilidade do modelo proposto, disponibilizando dados textuais, imagens e ainda realizando manipulações sobre estas imagens do domínio.

Técnicas de Processamento de Imagens e de Computação Gráfica vêm sendo empregadas há bastante tempo para o diagnóstico por imagens em Medicina. Mais recentemente, aplicações baseadas em modelos anatômicos, tanto extraídos de volumes de imagens como criados com base em estudos de anatomia, despontam com força. Tais modelos visam suportar simulação de movimento e de fisiologia. Porém, para que isso se torne realidade, modelos anatômicos do corpo humano precisam ser construídos e aperfeiçoados. Entre outras funcionalidades, esses modelos devem ser capazes de representar o movimento articulado do corpo humano. O problema de modelagem das articulações já foi considerado em diversos trabalhos, principalmente em Robótica e Animação. Entretanto, esses trabalhos não levaram em conta fidelidade anatômica com profundidade suficiente para que pudessem ser utilizados em aplicações de Medicina. O principal objetivo deste trabalho, portanto, é a criação de uma estratégia de representação de articulações embasada em características anatômicas para modelagem de esqueletos humanos virtuais. Um estudo da anatomia do esqueleto humano é apresentado, destacando os tipos de articulações humanas e aspectos do seu movimento. Também é apresentado um estudo dos modelos de articulações encontrados na literatura de Computação Gráfica, e são comentados alguns sistemas de software comercial que implementam corpos articulados. Com base nesses dois estudos, procurou-se identificar as deficiências dos modelos existentes em termos de fidelidade anatômica e, a partir disso, propor uma estratégia de representação para articulações humanas que permitisse a construção de corpos humanos virtuais anatomicamente realísticos. O modelo de articulações proposto foi projetado com o auxílio de técnicas de projeto orientado a objetos e implementado no âmbito do projeto Virtual Patients. Usando as classes do modelo, foi construído um simulador de movimentos, que recebe a descrição de um corpo articulado através de um arquivo em formato XML e apresenta uma animação desse corpo. A descrição do movimento também é especificada no mesmo arquivo. Esse simulador foi utilizado para gerar resultados para verificar a correção e fidelidade do modelo articular. Para isso, um joelho virtual foi construído, seus movimentos foram simulados e comparados com outros joelhos: o modelo de outro simulador, um modelo plástico anatômico e o joelho real.

A reflexão deste trabalho compreende a relação entre a Técnica de produção de imagens (da fotografia a imagem digital) e a Cultura Visual, contextualizando seus princípios e a respectiva produção de sentidos dos usuários dessas imagens. Para tanto buscou-se, a partir da localização dos referenciais teóricos mais atualizados sobre o assunto, avaliar como se processa a transcrição (aspectos práticos) das informações visuais que se encontram potencialmente no documento fotográfico de perfil histórico, para a sua reprodução ou duplicação em meio digital. O documento fotográfico de perfil histórico está assim constituído por tratar-se de imagens produzidas num passado tido como histórico, ou seja, que apresente cenas pelas quais ocorrências e vivências já findas, de interesse social, possam vir a ser interpretadas pelo pesquisador. A reprodução ou duplicação em meio digital do documento fotográfico de perfil histórico, interessa, na presente investigação, não como produto de uma demanda individual, mas como recurso utilizado pelas instituições detentoras de acervos, na inviciativa de construir estratégias de conservação e/ou fomento para a pesquisa e divulgação das informações que tais fotografias veiculam. Estes documentos (marcas/registros físicos do mundo visível das coisas), destituídos de sua materialidade quando digitalizados, adquirem novas características, formatando, conseqüentemente, um novo discurso, diretamente relacionado ao seu processo de transcrição. Não compete analisar aqui a demanda pessoal por reproduções digitais, mas a expectativa inevitável que se estabelece no usuário de informações visuais plasmadas em um suporte analógico e as próprias, transcritas eletronicamente. O que se coloca em discussão, permeia considerações a respeito do novo estatuto das representações coletivas, localizadas dentro de uma Cultura Visual, que 11 potencialmente configurará o que podemos chamar de Cultura Pós-Fotográfica.

O presente trabalho implementa um método computacional semi-automático para obter medidas de estruturas cardíacas de fetos humanos através do processamento de imagens de ultra-som. Essas imagens são utilizadas na avaliação cardíaca pré-natal, permitindo que os médicos diagnostiquem problemas antes mesmo do nascimento. A dissertação é parte de um projeto desenvolvido no Instituto de Informática da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, denominado SEGIME (Segmentação de Imagens Médicas). Neste projeto, está sendo desenvolvida uma ferramenta computacional para auxiliar na análise de exames ecocardiográficos fetais com o apoio da equipe de Cardiologia Fetal do Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul. O processamento de cada imagem é realizado por etapas, divididas em: aquisição, pré-processamento, segmentação e obtenção das medidas. A aquisição das imagens é realizada por especialistas do Instituto de Cardiologia. No pré-processamento, é extraída a região de interesse para a obtenção das medidas e a imagem é filtrada para a extração do ruído característico das imagens de ultra-som. A segmentação das imagens é realizada através de redes neurais artificiais, sendo que a rede neural utilizada é conhecida como Mapa Auto-organizável de Kohonen. Ao final do processo de segmentação, a imagem está pronta para a obtenção das medidas. A técnica desenvolvida nesta dissertação para obtenção das medidas foi baseada nos exames realizados pelos especialistas na extração manual de medidas. Essa técnica consiste na análise da linha referente à estrutura de interesse onde serão detectadas as bordas. Para o início das medidas, é necessário que o usuário indique o ponto inicial sobre uma borda da estrutura. Depois de encontradas as bordas, através da análise da linha, a medida é definida pela soma dos pixels entre os dois pontos de bordas. Foram realizados testes com quatro estruturas cardíacas fetais: a espessura do septo interventricular, o diâmetro do ventrículo esquerdo, a excursão do septum primum para o interior do átrio esquerdo e o diâmetro do átrio esquerdo. Os resultados obtidos pelo método foram avaliados através da comparação com resultados de referência obtidos por especialistas. Nessa avaliação observou-se que a variação foi regular e dentro dos limites aceitáveis, normalmente obtida como variação entre especialistas. Desta forma, um médico não especializado em cardiologia fetal poderia usar esses resultados em um diagnóstico preliminar.

Em radioterapia externa, uma nova técnica chamada terapia de radiação de intensidade modulada - IMRT - permite delinear a dose de radiação em imagens de 2 ou 3 dimensões, delimitando de forma bastante precisa e não necessariamente uniforme a região a ser irradiada. Assim, ao mesmo tempo que o tumor é irradiado, é possível evitar a irradiação aos tecidos vizinhos íntegros (sãos), limitando os efeitos secundários do tratamento. Para que a radioterapia externa tenha sucesso usando a técnica IMRT, é fundamental delinear previamente de forma precisa o tumor e os órgãos sãos que devem ser protegidos da radiação, garantindo assim a dose exata de radiação nos volumes alvos. O objetivo desta tese é fornecer ferramentas que sejam adequadas ao delineamento automático de estruturas de interesse e à radioterapia adaptativa para tumores da região da cabeça e do pescoço. Atualmente, a segmentação de estruturas de interesse, tais como os órgãos em risco e as regiões de propagação tumoral, é feita manualmente. Esta é uma tarefa que demanda bastante tempo de um especialista, além de ser tediosa. Além do mais, o planejamento em radioterapia é feito baseado na imagem adquirida na semana do pré-tratamento, onde é calculada a dose. Normalmente o tratamento ocorre em várias semanas, porém a dose estimada no início do tratamento é a mesma para todas as outras semanas do tratamento. Calcular a dose e mantê-la nas demais semanas é uma simplificação que não corresponde à realidade, já que ocorrem mudanças anatômicas no paciente ao longo do tratamento. Estas mudanças ocorrem devido ao encolhimento do tumor e ao possível emagrecimento do paciente, provocando alterações anatômicas locais e globais. As contribuições desta tese visam solucionar e avançar nestes problemas e são apresentadas em dois eixos. No primeiro eixo, é proposta uma metodologia para escolher uma anatomia que seja representativa da população, anatomia esta chamada de atlas. O registro do atlas na imagem do paciente permite que estruturas de interesse sejam segmentadas automaticamente, acelerando o processo de delineamento e tornando-o mais robusto. A segunda contribuição desta tese é voltada à radioterapia adaptativa. Para que a dose estimada na primeira semana seja adaptada às modificações anatômicas, é necessária a utilização de métodos de registro não-rígidos. Portanto, nesta etapa é feita uma avaliação e adaptação dos métodos de registros de forma que a região do tumor esteja bem alinhada. / Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT) is a new technique enabling the delineation of the 3D radiation dose. It allows to delineate a radiation zone of almost any shape and to modulate the beam intensity inside the target. If IMRT enables to constrain the radiation plan in the beam delivery as well as in the protection of important functional areas (e.g. spinal cord), it also raises the issues of adequacy and accuracy of the selection and delineation of the target volumes. The purpose of this thesis is to provide tools to automatic delineation of the regions of interest and also to adaptive radiotherapy treatment for tumors located in the head and neck region. The delineation in the patient computed tomography image of the tumor volume and organs to be protected is currently performed by an expert who delineates slice by slice the contours of interest. This task is highly time-consuming and requires experts’ knowledge. Moreover, the planning process in radiotherapy typically involves the acquisition of a unique set of computed tomography images in treatment position on which target volumes (TVs) and normal structures are delineated, and which are used for dose calculation. Restricting the delineation of these regions of interest based solely on pre-treatment images is an oversimplification as it is only a snapshot of the patient´s anatomy at a given time. Shrinkage of the tumor and modification of the patient anatomy at large (e.g. due to weight loss) may indeed occur within the several weeks’ duration of a typical treatment. The main contributions of this thesis aim to advance in the solution to these issues and are presented in two axes. In the first one, it is proposed a methodology to choose an image with the most representative anatomy of a population; such image is called Atlas. The registration of the atlas into a new image of the patient allows to automatically segment the structures of interest, speeding up the delineation process and making it more robust. The second contribution of this thesis is focused on the adaptive radiotherapy. In order to adjust the estimated dose to the anatomical modifications, it is fundamental to have non-rigid registration algorithms. So, the evaluation and adaptation of non-rigid registration methods are required, addressing especially the alignment of the tumor’s region among different moments of the treatment.

Pesquisa de artes visuais que trata do funcionamento da representação de uma cena comum quando modificados seus limites de referência habituais. Para esta investigação são utilizadas a paisagem como fonte de imagens e a fotografia como meio técnico. Aborda a construção da paisagem como gênero e as modulações do meio fotográfico. Tem como imagens resultantes, fotografias do céu diurno sem nuvens e, por isso, trata da cor azul e de alguns aspectos dos planos monocromáticos na arte. / Visual arts research about the way the representation of an usual scene operates when its habitual referential limits are modified. For this investigation the source of images is the landscape and the technical medium is photography. The research approaches the construction of the landscape as a genre and the photographic medium modulations. With photographies of cloudless sky in daytime as resulting images, it also examines the blue color and some aspects of the monocromatic surfaces in visual arts.